Bộ sưu tập cổ ngọc trưng bày lần này được chia thành ba nhóm chính theo niên đại, bao gồm giai đoạn tiền - sơ sử (ứng với khoảng thời gian từ thời kì đồ đá cho đến thời kì đồ đồng), giai đoạn 10 thế kỉ đầu Công nguyên và giai đoạn thời Lê – Nguyễn. Một phần nhỏ trong số cổ vật này được tìm thấy từ những cuộc khai quật tại các di chỉ văn hóa Phùng Nguyên, Đồng Đậu, Sa Huỳnh, Đông Sơn….
 

Trong bộ sưu tập này, người ta thấy có nhiều cổ ngọc quý. Ví dụ như những cổ ngọc thuộc thời kì 10 thế kỉ sau Công nguyên bao gồm các loại đồ trang sức, nghiên mực, ngọc tỉ… Đặc biệt, những cổ ngọc thời Nguyễn hội tụ rất nhiều loại hình đặc sắc và quý hiếm liên quan đến cung đình Huế. Trong số đó, nhiều cổ ngọc được coi là đỉnh cao của kĩ nghệ tạo tác đồ ngọc và mang giá trị lịch sử đặc biệt như ngọc tỉ truyền quốc, nghiên ngọc dùng mài mực nho hay mài son có khắc thơ ngự chế của vua Thiệu Trị, những thẻ bài, phiến ngọc, bộ đồ trà… có minh văn cho biết rõ thời kì chế tác.